地鐵高架橋鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器病害及整治方法

李冕梧

（深圳市地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營(yíng)總部，廣東 深圳 518000）

深圳地鐵二期工程在高架段的連續(xù)剛構(gòu)梁上鋪設(shè)了單向鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器，經(jīng)過(guò)一年多的運(yùn)營(yíng)使用，伸縮調(diào)節(jié)器出現(xiàn)了嚴(yán)重的病害，對(duì)行車(chē)安全構(gòu)成威脅。通過(guò)一年多對(duì)鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器病害整治方法的試驗(yàn)和全面實(shí)施，目前病害已得到消除，整治效果良好。

1 主要病害

1.1 軌撐鐵墊板移位

伸縮調(diào)節(jié)器尖軌跟端3塊帶有軌腰橫向螺栓的軌撐鐵墊板沿著線(xiàn)路縱向方向發(fā)生位移，最大位移量達(dá)到±22mm，位移方向與橋梁伸縮方向相反，如圖1所示。

1.2 軌撐鐵墊板立螺栓及螺紋道釘拉彎失效

在鐵墊板位移受力作用下，立螺栓和螺紋道釘被拉彎并失效，失去扣壓力，如圖2所示。

1.3 軌枕開(kāi)裂、釘孔腐朽

合成樹(shù)脂軌枕在鐵墊板位移受力作用下，釘孔位置開(kāi)裂、釘孔出現(xiàn)腐朽，失去持釘作用，軌道框架不穩(wěn)，如圖3所示。

2 病害原因分析及整治思路

2.1 病害原因分析

鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器采用尖軌固定不動(dòng)，基本軌相對(duì)伸縮的形式。針對(duì)病害情況對(duì)全線(xiàn)所有鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)病害原因?yàn)椋菏┕r(shí)將固定不動(dòng)的尖軌跨梁縫鋪設(shè)，橋梁的伸縮帶動(dòng)尖軌發(fā)生位移，從而使固定尖軌的鐵墊板及螺栓反方向受力，最終導(dǎo)致出現(xiàn)上述病害。

2.2 整治思路

想徹底整治鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器病害，只有將整組伸縮調(diào)節(jié)器移位到梁縫的一端（即連續(xù)剛構(gòu)梁上），避免尖軌跨梁縫鋪設(shè)，使尖軌不受橋梁伸縮的影響。在運(yùn)營(yíng)線(xiàn)路上、在不影響正常運(yùn)營(yíng)的前提下，實(shí)施這種整治方案施工難度極大、安全風(fēng)險(xiǎn)極高，幾乎不可能實(shí)現(xiàn)。

因此，在安全可控的前提下，改變尖軌“固定不動(dòng)”為“可動(dòng)”的工作原理，讓尖軌隨著橋梁的伸縮可在一定范圍內(nèi)同步伸縮，使溫度力得到釋放和控制，從而減少軌枕、螺栓受剪力作用，最終達(dá)到各扣配件作用良好、軌道幾何形位符合技術(shù)要求、列車(chē)安全平穩(wěn)運(yùn)行的目的，是病害的整治思路。

圖1

圖2

2.3 具體做法

對(duì)尖軌跟端3塊帶有軌腰螺栓、起到固定尖軌作用的軌撐（型號(hào)60-107）進(jìn)行改造，將水平方向的2個(gè)螺栓孔位進(jìn)行開(kāi)槽處理，變?yōu)橐粋€(gè)長(zhǎng)形孔，開(kāi)槽尺寸為30mm*150mm，目的在于當(dāng)橋梁熱脹冷縮帶動(dòng)尖軌時(shí)，使尖軌有一定量的伸縮位移，釋放溫度力，保護(hù)各部件不受破壞，如圖4所示。

3 整治措施可行性論證

3.1 尖軌伸縮（位移）條件下，影響尖軌非工作邊與基本軌工作邊之間靠貼的理論分析。

（1）根據(jù)“無(wú)縫線(xiàn)路在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置”一年多時(shí)間所測(cè)得的軌溫變化、鋼軌爬行量、溫度應(yīng)力等數(shù)據(jù)，分析得出鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器尖軌在一年當(dāng)中最大的相對(duì)位移量為71mm。

（2）伸縮調(diào)節(jié)器尖軌與基本軌之間的靠貼，采用的是圓曲線(xiàn)的方式，基本軌預(yù)彎成半徑R=300m的曲線(xiàn)，尖軌的非工作邊刨切成R=300m的曲線(xiàn)型，與基本軌的工作邊相對(duì)應(yīng)。

（3）伸縮調(diào)節(jié)器在正常狀態(tài)下，采用的是尖軌不動(dòng)，基本軌相對(duì)伸縮的方式，尖軌理論尖端的位置與基本軌預(yù)彎的R=300m圓曲線(xiàn)相切，從而保證了在基本軌伸縮的情況下，尖軌的非工作邊與基本軌內(nèi)側(cè)保持在靠貼的狀態(tài)。

（4）實(shí)際上，現(xiàn)場(chǎng)伸縮調(diào)節(jié)器的工作狀態(tài)是：理論上應(yīng)該保持不動(dòng)的尖軌發(fā)生了位移，即尖軌理論尖端在位移，不在切點(diǎn)的位置上，距離切點(diǎn)最大的位移量為71/2=35.5mm。

（5）尖軌發(fā)生位移后，尖軌非工作邊與基本軌內(nèi)側(cè)會(huì)產(chǎn)生縫隙，導(dǎo)致軌距發(fā)生變化或尖軌與基本軌不密貼。理論上產(chǎn)生的縫隙大小為：

X—尖軌的位移量；

Y—尖軌尖到圓心的距離；

δ—尖軌與基本軌不密貼的量；

R—基本軌圓曲線(xiàn)半徑為300m。

取切點(diǎn)位移35.5mm，即x=35.5進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)勾股定理，得出尖軌與基本軌不密貼（或軌距變化量）δ值為：

取切點(diǎn)最大位移71mm，即x=71進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)勾股定理，得出尖軌與基本軌不密貼（或軌距變化量）δ值為：

按最不利條件，取切點(diǎn)最大位移100mm，即x=100進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)勾股定理，得出尖軌與基本軌不密貼（或軌距變化量）δ值為：

即尖軌在位移的條件下，尖軌非工作邊與基本軌不密貼或軌距產(chǎn)生變化的范圍為0.002mm~0.02mm。由于伸縮調(diào)節(jié)器本身設(shè)置了導(dǎo)向軌撐，故可以忽略不計(jì)。

（6）結(jié)論：根據(jù)《鐵路線(xiàn)路修理規(guī)則》第3.9.7條之規(guī)定，允許尖軌尖端與基本軌不靠貼不大于1mm。故認(rèn)為尖軌尖端與基本軌產(chǎn)生0.002mm~0.02mm的縫隙不會(huì)對(duì)設(shè)備的穩(wěn)定和行車(chē)安全造成影響。

3.2 伸縮調(diào)節(jié)器上的配件（軌撐60-107），開(kāi)槽處理后對(duì)伸縮調(diào)節(jié)器軌道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響分析。

（1）改造后軌撐可提供的位移量。

伸縮調(diào)節(jié)器上的配件（軌撐60-107）兩垂直地腳螺栓的中心距離為80mm，改造后開(kāi)槽尺寸為150mm，可提供的最大位移量為：1 5 0 m m-80mm=70mm，與目前伸縮調(diào)節(jié)器尖軌的最大實(shí)際位移量71mm基本相等。

（2）對(duì)伸縮調(diào)節(jié)器軌道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響。

軌撐60-107的主要作用是防止尖軌的傾覆、扭轉(zhuǎn)和縱橫向的移動(dòng)，增加尖軌的穩(wěn)定性。

不利方面：

（a）開(kāi)槽削弱了軌撐本身的強(qiáng)度，需制作加寬加厚型軌撐，以解決軌撐強(qiáng)度問(wèn)題。

（b）當(dāng)螺紋道釘處在長(zhǎng)形孔的中間位置時(shí)，螺紋道釘與鐵墊板的接觸面由“弧面”變?yōu)椤扒芯€(xiàn)點(diǎn)”接觸，受力面積減少，剪應(yīng)力加大。為保證螺紋道釘不易折斷，強(qiáng)度需達(dá)到10.9級(jí)。

（c）鐵墊板開(kāi)槽為長(zhǎng)形孔后，對(duì)防止尖軌縱向移動(dòng)的作用消失，但由于伸縮調(diào)節(jié)器構(gòu)造上存在尖軌尖端處斷開(kāi)，通過(guò)上面的計(jì)算得出尖軌出現(xiàn)0.002mm~0.02mm的縫隙是安全的。

有利方面：

（a）由于軌撐沒(méi)有取消，開(kāi)槽的方向與線(xiàn)路中心線(xiàn)的方向平行，即對(duì)防止尖軌的傾覆、扭轉(zhuǎn)和橫向移動(dòng)不會(huì)產(chǎn)生不利影響。

（b）消滅了由于尖軌伸縮原因產(chǎn)生的軌枕開(kāi)裂、螺紋道釘?shù)目蹓耗芰οКF(xiàn)象，保證螺紋道釘、垂直螺栓作用正常、軌枕不再繼續(xù)腐朽，有利于保證尖軌的軌距、扣件的豎向扣壓力，保持軌道的幾何形位和鋼軌抗扭轉(zhuǎn)的能力。

4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和整治效果

4.1 試驗(yàn)結(jié)果

2013年8月份，采用本方法對(duì)其中一組伸縮調(diào)節(jié)器進(jìn)行了試驗(yàn)性處理，通過(guò)15個(gè)月的觀察，處理后的鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器螺紋道釘作用正常、軌撐（60-107）兩垂直地腳螺栓的扣壓作用正常、合成樹(shù)脂軌枕沒(méi)有開(kāi)裂，伸縮調(diào)節(jié)器范圍內(nèi)的軌道幾何形位符合標(biāo)準(zhǔn)，尖軌非工作邊與基本軌的靠貼作用正常，達(dá)到了病害處理的目的。

圖3

圖4

圖5 監(jiān)測(cè)點(diǎn)3下行鋼軌爬行量

圖6

4.2 整治效果

2014年11月，對(duì)全線(xiàn)伸縮調(diào)節(jié)器采用本方法全面進(jìn)行整治，截止發(fā)稿之日，伸縮調(diào)節(jié)器沒(méi)再出現(xiàn)之前的病害，設(shè)備狀態(tài)穩(wěn)定，整治效果良好。

結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐證明，采用改造軌撐整治伸縮調(diào)節(jié)器病害的方法是可行的，在保證設(shè)備安全和行車(chē)安全的前提下，大大減低施工難度和安全風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)大大節(jié)約施工成本。本方法對(duì)鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器類(lèi)似病害的整治有借鑒作用。

[1]徐建明.地鐵鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器的維護(hù)與優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].技術(shù)與市場(chǎng)， 2013（06）：117-118.